close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY10861

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2008.06.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 25D 3/56
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УЛЬТРАДИСПЕРСНОЙ МАГНИТНОЙ
ПЛЕНКИ СПЛАВА КОБАЛЬТ-ФОСФОР
(21) Номер заявки: a 20060317
(22) 2006.04.10
(43) 2007.12.30
(71) Заявитель: Государственное научнопроизводственное объединение "Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по
материаловедению" (BY)
(72) Авторы: Немцевич Людмила Васильевна; Шадров Владимир Григорьевич; Точицкий Тадеуш Антонович (BY)
BY 10861 C1 2008.06.30
BY (11) 10861
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научно-производственное объединение
"Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по
материаловедению" (BY)
(56) Точицкий Т.А. и др. Металлы. - 1999. № 1. - С. 116-118.
SU 370274, 1973.
SU 377433, 1973.
US 3637471, 1972.
GB 923304, 1963.
Точицкий Т.А. и др. Химия и химическая технология. - 2003. - Т.46. - № 8. С. 24-29.
Точицкий Т.А. и др. Электролитически осажденные наноструктуры. - Мн.:
Издательский центр БГУ, 2002. - С. 5657, 186-193.
(57)
Способ получения ультрадисперсной магнитной пленки сплава кобальт-фосфор,
включающий электролитическое осаждение пленки сплава кобальт-фосфор из электролита, содержащего, г/л:
кобальт сернокислый семиводный
280
кислота борная
30
гипофосфит натрия одноводный
10-20
при температуре электролита 20 °С, кислотности электролита pH 4,75-5,0 и катодной
плотности тока 20 мА/см2.
Изобретение относится к области электрохимии и материаловедения, а более конкретно к магнитным материалам на основе кобальта, используемым, в частности, в качестве
носителей магнитной записи.
На данном этапе развития микроэлектроники и вычислительной техники для повышения плотности записи на магнитном носителе как с продольным, так и с вертикальным
способом записи требуются магнитотвердые материалы с наноразмерным зерном, соизмеримым с размером однодоменности (~30 нм для кобальта [1]).
Известен [2] способ получения магнитного материала сплавов кобальт-фосфор, состоящий в электрохимическом осаждении из электролитов, содержащих, г/л: кобальт хло-
BY 10861 C1 2008.06.30
ристый шестиводный - 11,9-142,0, аммоний хлористый - 0-13,25, гипофосфит натрия одноводный - 3,2-21,2 при температуре электролита (Т) 50-65 °С, катодной плотности тока
(Дк) 60 А/дм2 и рН 3-4,7. Получены крупнокристаллические пленки Со-Р (3,4-5,1 ат. % Р),
представляющие собой твердый раствор на основе гранецентрированной плотноупакованной (ГПУ) решетки кобальта. Величина коэрцитивной силы, измеренной в плоскости
пленки (Нс//), равна 64-104 кА/м. Однако полученные пленки обладают столбчатой микроструктурой с размером кристаллитов в плоскости 200-300 нм, что не соответствует критерию однодоменности.
Наиболее близким по существенным признакам к заявляемому изобретению является
способ электролитического осаждения магнитного материала сплавов кобальт-фосфор [3],
который выбран нами как прототип и базовый объект для сравнения. Пленки сплавов кобальт-фосфор получены из электролита следующего состава, в г/л:
кобальт сернокислый семиводный
280
кислота борная
30
гипофосфит натрия одноводный
20
при рН 1,4-2,5, температуре электролита 20 °С, катодной плотности тока 10-250 мА/см2.
Данный способ позволяет получать ультрадисперсные пленки с размером зерна 5-7 нм.
Однако наноразмерные кристаллиты объединены в блочные образования размером 100150 нм, являющиеся такими же столбчатыми образованиями, как и в аналоге [2]. Кроме
того, фазовый состав пленок представляет собой смесь аморфной фазы с гетерогенной
кристаллической фазой, состоящей из нетекстурированных плотно упакованных гексагональной (ГПУ) и кубической (ГЦК) решеток кобальта, что значительно снижает их коэрцитивную силу (Нс// ~6,4 кА/м).
Общими признаками заявляемого изобретения и прототипа является использование в
качестве магнитного материала сплава кобальт-фосфор электролитически осажденного из
электролита, содержащего (г/л): кобальт сернокислый семиводный - 280, кислота борная 30, гипофосфит натрия одноводный - 20 при температуре электролита 20 °С, катодной
плотности тока 20 мА/см2.
Задача данного изобретения состоит в получении магнитного материала кобальтфосфор с высокой дисперсностью.
Поставленная задача решается тем, что в способе получения ультрадисперсной магнитной пленки сплава кобальт - фосфор, включающем электролитическое осаждение
пленки сплава кобальт-фосфор из электролита, содержащего, г/л:
кобальт сернокислый семиводный
280
кислота борная
30
гипофосфит натрия одноводный
10-20
при температуре электролита 20 °С, кислотности электролита рН 4,75-5,0 и катодной
плотности тока 20 мА/см2.
Новым является величина рН электроосаждения.
Сущность изобретения заключается в том, что определен режим электролитического
осаждения, который позволяет формировать ультрадисперсный магнитный материал
сплавов кобальт-фосфор.
Положительный эффект достигается за счет совершенствования текстуры [00.1] ГПУ
решетки кобальта по мере увеличения рН электроосаждения. При текстуре [00.1], когда
поверхность кристаллитов обращена к раствору наиболее плотноупакованными гранями
(00.1), вероятность присоединения атомов фосфора к растущим кристаллитам мала [4],
фосфор выталкивается на свободные поверхности (углы, ребра и т.д.) и включается преимущественно в границы между кристаллитами. В результате формируются мелкие кристаллиты (~ 10 нм) с периодом кристаллической решетки, близким к значениям, характерным для равновесной структуры кобальта (с/а = 1.620 [5]), разделенные один от другого
тонкими слабомагнитными прослойками. Использование нового режима электролитиче2
BY 10861 C1 2008.06.30
ского осаждения позволило формировать магнитотвердый материал с высокой дисперсностью.
Пленки сплавов Со-Р, полученные по способу [3] обладают гетерогенной аморфнокристаллической блочной структурой и при увеличении концентрации гипофосфита натрия одноводного (NaH2PO2×H2O) в электролите более 20 г/л становятся аморфными с
ячеистой микроструктурой, а при снижении концентрации NaH2PO2×H2O менее 20 г/л
имеют гетерогенную кристаллическую структуру, состоящую из ГПУ и ГЦК решеток кобальта с размером блочных образований ~ 150 нм. Указанное фазовое и структурное
строение пленок сплавов кобальт-фосфор не позволяет достигнуть мелкодисперсного
размера кристаллитов и получить магнитотвердый материал.
Заявляемый новый режим электролитического осаждения является одновременно и
существенным отличием, так как совокупность отличительных признаков дает новый непредвиденный результат и таким образом соответствует критерию существенные отличия.
Пример конкретного осуществления
Берут навеску борной кислоты (Н3ВО3) в количестве 30 г и растворяют в 100 мл дистиллированной воды при 80 °С и интенсивном перемешивании. Берут навеску кобальта
сернокислого семиводного (СоSO4×7H2О) в количестве 280 г и растворяют в 500 мл дистиллированной воды при комнатной температуре и интенсивном перемешивании. Берут
навеску гипофосфита натрия одноводного (NaH2PO2×H2O) в количестве 20 г и растворяют
в 100 мл дистиллированной воды при комнатной температуре. Затем все приготовленные
порции сливают вместе. После охлаждения корректируют кислотность электролита до рН
4,85 с помощью 25% раствора серной кислоты (H2SO4) или 3% раствора гидроксида натрия (NaOH) и фильтруют с использованием фильтров типа "синяя лента". Затем, добавляя дистиллированную воду, доводят объем электролита до 1 л.
Процесс электролитического осаждения ведут при температуре электролита 20 °С,
плотности тока 20 мА/см2. Анод используется кобальтовый. В качестве подложек используют полированную медную фольгу. За 10 мин осаждается пленка сплава Со-Р толщиной
1 мкм, содержащая 4,2 ат. % Р. Пленка представляет собой твердый раствор на основе
ГПУ решетки кобальта с преимущественной ориентацией кристаллитов [00.1] и размером
кристаллитов 10 нм. При этом отношение параметров с/а = 1.626, т.е. приближается к значениям, характерным для равновесной структуры кобальта. Коэрцитивные силы, измеренные в плоскости пленки (Нс//) или перпендикулярно плоскости пленки (Hc⊥), составляют 78 кА/м и 113 кА/м соответственно.
Химический состав пленок и скорость осаждения определены методом фотоколориметрического анализа. Структурные исследования проведены на рентгеновском дифрактометре ДРОН-3М в излучении Cokα, электронных микроскопах ЭМВ-100ЛМ и Jeol100CX. Магнитные характеристики пленок исследовались с помощью вибрационного
магнитометра в полях до 1200 кА/м.
Изобретение может быть проиллюстрировано несколькими примерами, представленными в таблице, из которых видно, что оптимальным способом для получения магнитного
материала сплава кобальт-фосфор с текстурой [00.1] и высокой дисперсностью являются
условия, приведенные в примерах 4, 5, 6. При уменьшении (пример 3) или увеличении
(пример 7) рН электроосаждения совершенство текстуры [00.1] несколько снижается, однако по основным параметрам образцы 3, 4, 5, 6, 7 превосходят прототип и соответствуют
цели изобретения. При выходе за нижнюю или за верхнюю границу по рН электролита
(примеры 2 и 8, соответственно) появляется большее количество кристаллитов с ориентацией [10.0] вплоть до смены текстуры (пример 2), в результате осаждаются крупнокристаллические пленки, размер кристаллитов которых не соответствует критерию однодоменности. При низких рН (≤ 2.0) (примеры 1) осаждаются пленки с гетерогенной
аморфно-кристаллической структурой блочного типа (аналогично как в прототипе); при
3
BY 10861 C1 2008.06.30
высоких рН (> 6) пленки имеют столбчатое строение (как в аналоге), что не соответствует
цели изобретения.
Таким образом, изобретение позволяет получить магнитотвердый материал сплава кобальт-фосфор с высокой дисперсностью.
Условия
Примеры
получения,
структура и прото1
2
3
4
5
свойства
тип
материала
CoSO×7H2O,
280
280
280
280
280
280
г/л
Н3ВO3, г/л
30
30
30
30
30
30
NaH2PO2×H2O,
20
20
20
20
10
15
г/л
рH
1,6
2,0
3,6
4,75
4,85
4,85
2
Дк, мА/см
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
Т, °С
Кобальт, ат. %
90,8
92,0
94,0
95,0
97,0
96,5
Фосфор, ат. %
9,2
8,0
6,0
5,0
3,0
3,5
Фаза
ГЦК,
ГЦК,
ГПУ
ГПУ
ГПУ
ГПУ
ГПУ, А ГПУ, А
Ось текстуры
[10.0]+ [00.1]+
[10.0]
[00.1]
[00.1]
[00.1] cл [10.0]
I002/I100
*3
20
23
24
D, нм
100;5
100;5
80
15
10
10
Нс//, кА/м
6,4
3,2
29
57
68
77
6
7
8
280
280
280
30
30
30
20
20
20
4,85
20
20
95,8
4,2
5,0
20
20
97,2
2,8
6,0
20
20
98,5
1,5
ГПУ
ГПУ
ГПУ
[00.1]
25
10
78
[00.1]+ [00.1]+
сл [10.0] [10.0]
22
16
12
50
71
40
где А - аморфная фаза, ГЦК - гранецентрированная кубическая решетка кобальта, ГПУ гексагональная плотноупакованная решетка кобальта;
I002/I100 - отношение интенсивностей рентгеновских пиков;
* - I100/I002.
Источники информации:
1. Вонсовский С.В. Магнетизм. - М.: Наука, 1971. - 1031 с.
2. Sallo J.S., Carr J.M. Magnetic electrodeposits of cobalt-phosphorus // J. Electrochem. Soc. 1962. - V.109. - № 11. - P.1041.
3. Цытленок Л.А., Ильюшенко Л.Ф. Влияние ультразвука на структуру и магнитные
свойства электролитически осажденных пленок сплавов кобальт-фосфор // Весцi АН
БССР. Сер.фiз.-мат.наук. - 1983. - № 6. - С. 57.
4. Пангаров Н.А. Рост кристаллов. - М.: Наука. 1974. - С.71.
5. Миркин Л.И. Рентгеноструктурный анализ. - М.: Наука. 1976. - 365 с.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
91 Кб
Теги
by10861, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа